Embed Size (px)
Citation preview
SKRIPSI
SIMULASI DAN ANALISIS KARAKTERISTIK RUGI – RUGI
PADA MODEL SERAT OPTIK SINGLE MODE STEP INDEX
MENGGUNAKAN SOFTWARE OPTIFIBER 2.2
SIMULATION AND ANALYSIS LOSSES CHARACTERISTIC OF
SINGLE MODE STEP INDEX MODEL USING OPTIFIBER 2.2
Disusun oleh
PRESTY WIBI HAYOMI
16101242
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI
FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO
INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO
2018
SKRIPSI
SIMULASI DAN ANALISIS KARAKTERISTIK RUGI – RUGI
PADA MODEL SERAT OPTIK SINGLE MODE STEP INDEX
MENGGUNAKAN SOFTWARE OPTIFIBER 2.2
SIMULATION AND ANALYSIS LOSSES CHARACTERISTIC OF
SINGLE MODE STEP INDEX MODEL USING OPTIFIBER 2.2
Disusun oleh
PRESTY WIBI HAYOMI
16101242
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI
FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO
INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO
2018
i
SIMULASI DAN ANALISIS RUGI – RUGI PADA
MODEL SERAT OPTIK SINGLE MODE STEP INDEX
MENGGUNAKAN SOFTWARE OPTIFIBER 2.2
SIMULATION AND ANALYSIS LOSSES CHARACTERISTIC OF
SINGLE MODE STEP INDEX MODEL USING OPTIFIBER 2.2
HALAMAN JUDUL
Skripsi ini digunakan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
Gelar Sarjana Teknik (S.T.)
Di Institut Teknologi Telkom Purwokerto
2018
Disusun oleh
PRESTY WIBI HAYOMI
16101242
DOSEN PEMBIMBING
Fauza Khair, S.T., M.Eng.
Dadiek Pranindito, S.T., M.T.
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI
FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO
INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO
2018
ii
iii
iv
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan kasih dan sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi
yang berjudul “Simulasi dan Analisis Karakteristik Rugi – Rugi Pada
Model Serat Optik Single Mode Step Index Menggunakan Software
OptiFiber 2.2”.
Maksud dari penyusunan skripsi ini adalah untuk memenuhi salah satu
syarat dalam menempuh ujian sarjana Teknik Telekomunikasi pada Fakultas
Teknik Telekomunikasi dan Elektro Institut Teknologi Telkom Purwokerto.
Dalam penyusunan skripsi ini, banyak pihak yang sangat membantu
penulis dalam berbagai hal. Oleh karena itu, penulis sampaikan rasa terima kasih
yang sedalam-dalamnya kepada:
1. Allah SWT dengan rahmat nya akhir nya penulis dapat menyelesaikan skripsi
ini.
2. Keluarga penulis yang selalu mendoakan agar penulis dapat menyelesaikan
skripsi ini.
3. Bapak Fauza Khair, S.T., M.Eng. selaku pembimbing I.
4. Bapak Dadiek Pranindito, S.T., M.T. selaku pembimbing II.
5. Bapak Norma Amalia, S.T.,M.Eng. selaku ketua Program Studi S1 Teknik
Telekomunikasi.
6. Bapak Dodi Zulherman S.T.,M.T. selaku dosen semprop yang sudah
memberikan saran dalam penyusunan laporan.
7. Semua teman – teman Alih Jenjang 2016
8. Semua teman – teman penulis baik di dalam kampus maupun d luar kampus
yang setiap saat mendukung penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi ini.
9. Seluruh dosen, staf dan karyawan Program studi S1 Teknik Telekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Purwokerto.
Purwokerto, 26 Januari 2018
(Presty Wibi Hayomi)
v
ABSTRAK
Serat optik digunakan sebagai media transmisi pilihan karena memiliki
keunggulan di antaranya memiliki bandwidth yang besar, namun komunikasi serat optik
memiliki kelemahan diantaranya masih mengalami faktor hilangnya informasi yang
diakibatkan oleh rugi – rugi yang terjadi disepanjang kabel serat optik, seperti dispersi.
Dispersi terjadi karena perbedaan waktu tiba sebuah modus cahaya yang merambat ke sisi
tujuan meskipun dalam lintasan yang sama. Perbedaan waktu atau jeda waktu tiba
tersebut disebut group delay. Group delay terjadi dikarenakan modus yang merambat
pada serat optic, dimana cahaya bermodus rendah lebih cepat sampai ketujuan dibanding
cahaya bermodus tinggi. Selain itu sebuah serat optik juga mengalami material loss, yang
disebabkan karena tidak sempurna nya struktur atom dan ketidakmurnian dari bahan yang
digunakan.
Dalam penelitian ini penulis melakukan pembuatan model serat optik single mode
step index dengan menggunakan software OptiFiber 2.2 dengan parameter keluaran yang
akan dianalisis yaitu dispersion, group delay, dan material loss. Penelitian ini bertujuan
mendapatkan sebuah model serat optik dari single mode step index yang ideal (memiliki
nilai dispersion, group delay, dan material loss yang kecil) berdasarkan ITU-T G.652.
Hasil yang diperoleh dari penelitian ini yaitu sebuah inti (core) dari serat optik
sangat berperan penting dalam proses transmisi, karena dispersion, group delay, dan
material loss terjadi pada inti (core) oleh sebab itu meskipun ukuran cladding berubah –
ubah tidak akan mempengaruhi ketiga parameter penelitian. Berdasarkan penelitian yang
dilakukan dari beberapa model serat optik yang di buat core ukuran 4/125 µm merupakan
ukuran core dengan dispersion, group delay, dan material loss terkecil dibandingkan
ukuran lainnya. Core ukuran 4/125 µm memiliki nilai dispersi kromatik sebesar 0.08405
(ps/nm*nm*km), group delay sebesar 4.89 ps/km, dan material loss sebesar 0,34 dB/km.
Selain itu penggunaan komposisi material juga sangat penting dalam perancangan ini,
semakin tinggi tingkat konsentrasi suatu material (tingkat kemurnian material) maka nilai
rugi – rugi yang terjadi pada model serat optik semakin kecil. Dari penelitian yang
dilakukan komposisi material material SiO2, GeO2, dan B2O3 menghasilkan rugi – rugi
yang lebih kecil dibanding komposisi material SiO2, GeO2, dan F.
Kata Kunci: single mode step index, software OptiFiber 2.2, dispersion, group delay,
dan material loss
vi
ABSTRAC
Fiber optic is one of the favorite communication medium, because it has a wide
bandwidth and high speed of infor-mation delivery. But fiber optic communications still
have weakness, the loss factor of information caused by losses that occur along fiber
optic cable, either because of dispersion. Dispersion is each spectral component of any
particular mode takes a different amount of time travel a certain distance. The different
time is Group delay. Group delay is each mode thus carries an equal amount energy
through the fiber. Furthermore the fiber optic have a material loss, because atomic
defects are imperfections of the atomic structure of the fiber material.
In this study the authors make the models of single mode step index optical fiber
using software OptiFiber 2.2 output parameters to be analyzed are dispersion, group
delay, and material loss. Porpose of this research is get an ideal model from single mode
step index fiber (having dispersion, group delay, and material loss less value) based on
ITU-T G.652.
The obtained results from this research is an optical fiber core very important
role in the transmission process, because dispersion, group delay, and material loss
occurs in the core, although the cladding size is change will not effecting for three
research parameters. Based on the research from several optical fiber models core size
4/125 μm has less dispersion, group delay, and material loss. Core size 4/125 μm has
chromatic dispersion value of 0.08405 (ps/km.nm), group delay of 4.89 ps/km, and
material loss of 0.34 dB/km. The materials is very important to design an optic fiber
model, if the concentrate has pure material composition the loss result is less. The
material composition of SiO2, GeO2, dan B2O3 has a less of losses just than SiO2, GeO2,
dan F.
Keywords: single mode step index, software OptiFiber 2.2, dispersion, group delay, and
material loss
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
HALAMAN JUDUL ............................................................................................................ i
HALAMAN PENGESAHAAN .......................................................................................... ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ............................................................. iii
PRAKATA ........................................................................................................................... iv
ABSTRAK ............................................................................................................................ v
ABSTRACT ......................................................................................................................... vi
DAFTAR ISI ....................................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL .............................................................................................................. xii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
1.1 LATAR BELAKANG .......................................................................................... 1
1.2 RUMUSAN MASALAH ..................................................................................... 2
1.3 BATASAN MASALAH ....................................................................................... 3
1.4 TUJUAN ............................................................................................................... 3
1.5 MANFAAT .......................................................................................................... 3
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN ............................................................................. 4
BAB II DASAR TEORI ..................................................................................................... 5
2.1 KAJIAN PUSTAKA ............................................................................................. 5
2.2 DASAR TEORI ..................................................................................................... 7
2.2.1 SEJARAH FIBER OPTIK .................................................................................... 7
2.2.2 STRUKTUR DASAR SERAT OPTIK ................................................................ 8
2.2.3 JENIS – JENIS SERAT OPTIK .......................................................................... 10
2.2.4 INDEK BIAS SERAT OPTIK ............................................................................ 11
2.2.5 JENIS – JENIS FIBER BERDASARKAN ITU - T............................................ 13
2.2.6 MATERIAL SERAT OPTIK .............................................................................. 13
2.2.7 PERAMBATAN CAHAYA ............................................................................... 14
2.2.7.1 PEMANTULAN CAHAYA ................................................................................ 15
2.2.7.2 PEMBIASAN CAHAYA .................................................................................... 15
2.2.7.3 HUKUM SNELLIUS .......................................................................................... 16
viii
2.2.7.4 DISPERSI ............................................................................................................ 17
2.2.8 JENDELA TRANSMISI PADA SERAT OPTIK ............................................... 19
2.2.9 RUGI – RUGI TRANSMISI SERAT OPTIK ..................................................... 20
2.2.10 SOFTWARE OPTIFIBER 2.2 .............................................................................. 25
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................................ 29
3.1 SPESIFIKASI PERANGKAT SIMULASI ......................................................... 29
3.2 ALUR PENELITIAN .......................................................................................... 30
3.3 PARAMETER PERANCANGAN MODEL ...................................................... 31
3.4 PARAMETER PENGAMATAN DAN PENGANALISAAN ........................... 34
3.5 PEMODELAN SINGLE MODE STEP INDEX .................................................. 34
3.5.1 PEMODELAN SMSI DENGAN VARIASI CORE ............................................ 34
3.5.2 PEMODELAN SMSI DENGAN VARIASI CLADDING .................................. 36
3.5.3 PEMODELAN SMSI DENGAN MERUBAH MATERIAL .............................. 38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................ 41
4.1 MODE PERAMBATAN MODEL ....................................................................... 41
4.2 PENENTUAN PANJANG GELOMBANG CUT OFF ....................................... 44
4.3 DISPERSI ............................................................................................................. 45
4.4 GROUP DELAY .................................................................................................... 56
4.5 MATERIAL LOSS ................................................................................................. 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 75
5.1 KESIMPULAN ..................................................................................................... 75
5.2 SARAN ................................................................................................................. 76
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... 78
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Percobaan Alexander graham bell tentang photo phone ......................... 8
Gambar 2.2 Struktur serat optik ..................................................................................... 9
Gambar 2.3 Konfigurasi sistem transmisi serat optik ................................................... 9
Gambar 2.4 Tipe perambatan single mode ................................................................... 10
Gambar 2.5 Tipe perambatan multi mode .................................................................... 11
Gambar 2.6 Tampilan single mode step index .............................................................. 11
Gambar 2.7 Tampilan multi mode step index ............................................................... 12
Gambar 2.8 Tampilan multi mode graded index ........................................................... 13
Gambar 2.9 Variasi indek bias pada ............................................................................ 14
Gambar 2.10 Pemantulan cahaya pada kaca .............................................................. 15
Gambar 2.11 Pembiasan cahaya pada dua medium ................................................... 16
Gambar 2.12 Peristiwa pelebaran pulsa akibat dispersi ............................................. 17
Gambar 2.13 Terjadinya inter symbol interference (ISI) ............................................. 18
Gambar 2.14 Jendela transmisi pada komunikasi serat optik .................................... 20
Gambar 2.15 Rugi penyerapan pada serat optik ......................................................... 22
Gambar 2.16 Peristiwa hamburan pada serat optik.................................................... 22
Gambar 2.17 Sambungan longitudinial misalignment ................................................. 23
Gambar 2.18 Sambungan lateral misalignment ............................................................ 23
Gambar 2.19 Sambungan angular misalignment ......................................................... 23
Gambar 2.20 Peristiwa mikrobending ........................................................................... 24
Gambar 2.21 Peristiwa makrobending .......................................................................... 24
Gambar 2.22 Lembar kerja OptiFiber ......................................................................... 25
Gambar 2.23 Standart toolbar command ...................................................................... 26
Gambar 2.24 Graph toolbar command ........................................................................... 26
Gambar 2.25 Toolbar Navigator pane ............................................................................ 28
Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan .......................................................................... 30
Gambar 3.2 Fiber profil ukuran 4/125 µm Skenario 1 ................................................ 35
Gambar 3.3 Fiber profil ukuran 6/125 µm Skenario 1 ................................................ 36
Gambar 3.4 Fiber profil ukuran 8/125 µm Skenario 1 ................................................ 36
x
Gambar 3.5 Fiber profil ukuran 4/100 µm Skenario 2 ................................................ 37
Gambar 3.6 Fiber profil ukuran 4/125 µm Skenario 2 ................................................ 38
Gambar 3.7 Fiber profil ukuran 4/150 µm Skenario 2 ................................................ 38
Gambar 3.8 Fiber profil ukuran 4/125 µm Skenario 3 ................................................ 39
Gambar 3.9 Fiber profil ukuran 6/125 µm Skenario 3 ................................................ 40
Gambar 3.10 Fiber profil ukuran 8/125 µm Skenario 3 .............................................. 40
Gambar 4.1 Tampilan dispersi pada skenario 1 (4/125 µm) ....................................... 46
Gambar 4.2 Tampilan dispersi pada skenario 1 (6/125 µm) ....................................... 46
Gambar 4.3 Tampilan dispersi pada skenario 1 (8/125 µm) ....................................... 47
Gambar 4.4 Tampilan dispersi intramode skenario 1 .................................................. 49
Gambar 4.5 Tampilan dispersi pada skenario 2 (4/100 µm) ....................................... 50
Gambar 4.6 Tampilan dispersi pada skenario 2 (4/125 µm) ....................................... 51
Gambar 4.7 Tampilan dispersi pada skenario 2 (4/150 µm) ....................................... 51
Gambar 4.8 Tampilan dispersi intramode skenario 2 .................................................. 52
Gambar 4.9 Tampilan dispersi pada skenario 3 (4/125 µm) ....................................... 54
Gambar 4.10 Tampilan dispersi pada skenario 3 (6/125 µm) ..................................... 54
Gambar 4.11 Tampilan dispersi pada skenario 3 (8/125 µm) ..................................... 55
Gambar 4.12 Tampilan delay group pada skenario 1 (4/125 µm) ............................... 56
Gambar 4.13 Tampilan delay group pada skenario 1 (6/125 µm) ............................... 56
Gambar 4.14 Tampilan delay group pada skenario 1 (8/125 µm) ............................... 57
Gambar 4.15 Tampilan delay group skenario 1 ........................................................... 57
Gambar 4.16 Tampilan delay group pada skenario 2 (4/100 µm) ............................... 59
Gambar 4.17 Tampilan delay group pada skenario 2 (4/125 µm) ............................... 60
Gambar 4.18 Tampilan delay group pada skenario 2 (4/150 µm) ............................... 60
Gambar 4.19 Tampilan delay group skenario 2 ........................................................... 62
Gambar 4.20 Tampilan delay group pada skenario 3 (4/125 µm) ............................... 63
Gambar 4.21 Tampilan delay group pada skenario 3 (6/125 µm) ............................... 63
Gambar 4.22 Tampilan delay group pada skenario 3 (8/125 µm) ............................... 63
Gambar 4.23 Tampilan material loss pada skenario 1 (4/125 µm) ............................. 65
Gambar 4.24 Tampilan material loss pada skenario 1 (6/125 µm) ............................. 65
Gambar 4.25 Tampilan material loss pada skenario 1 (8/125 µm) ............................. 66
Gambar 4.26 Tampilan material loss skenario 1 .......................................................... 68
xi
Gambar 4.27 Tampilan material loss pada skenario 2 (4/100 µm) ............................. 68
Gambar 4.28 Tampilan material loss pada skenario 2 (4/125 µm) ............................. 69
Gambar 4.29 Tampilan material loss pada skenario 2 (4/150 µm) ............................. 69
Gambar 4.30 Tampilan material loss skenario 2 .......................................................... 71
Gambar 4.31 Tampilan material loss pada skenario 3 (4/125 µm) ............................. 72
Gambar 4.32 Tampilan material loss pada skenario 3 (6/125 µm) ............................. 72
Gambar 4.33 Tampilan material loss pada skenario 3 (8/125 µm) ............................. 73
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Fungsi standart toolbar pada OptiFiber .......................................................... 26
Tabel 2.2 Fungsi graph toolbar pada OptiFiber .............................................................. 27
Tabel 2.3 Fungsi navigator pane toolbar pada OptiFiber ............................................... 28
Tabel 3.1 Spesifikasi hardware .......................................................................................... 31
Tabel 3.2 Spesifikasi software ............................................................................................ 31
Tabel 3.3 Parameter perancangan model single mode step index .................................. 32
Tabel 3.4 Parameter keluaran .......................................................................................... 34
Tabel 3.5 Parameter input region 0 pada skenario 1 ...................................................... 35
Tabel 3.6 Parameter input region 1 pada skenario 1 ...................................................... 35
Tabel 3.7 Parameter input region 0 pada skenario 2 ...................................................... 37
Tabel 3.8 Parameter input region 1 pada skenario 2 ...................................................... 37
Tabel 3.9 Parameter input region 0 pada skenario 3 ...................................................... 39
Tabel 3.10 Parameter input region 1 pada skenario 3 .................................................... 39
Tabel 4.1 Linier polarisasi pada model SMSI di skenario 1 .......................................... 42
Tabel 4.2 Linier polarisasi pada model SMSI di skenario 2 .......................................... 42
Tabel 4.3 Linier polarisasi pada model SMSI di skenario 3 .......................................... 43
Tabel 4.4 Nilai gelombang cut off pada skenario 1 ......................................................... 44
Tabel 4.5 Nilai gelombang cut off pada skenario 2 ......................................................... 44
Tabel 4.6 Nilai gelombang cut off pada skenario 3 ......................................................... 45
Tabel 4.7 Dispersi total skenario 1 ................................................................................... 48
Tabel 4.8 Dispersi total skenario 2 ................................................................................... 53
Tabel 4.9 Group delay skenario 1 ...................................................................................... 58
Tabel 4.10 Group delay skenario 2 .................................................................................... 61
Tabel 4.11 Material loss total skenario 1 .......................................................................... 67
Tabel 4.12 Material loss total skenario 2 .......................................................................... 70
13
